Биологические часы

М. М. Пришвин в рассказе «Золотой луг», вспоминая свое детство, писал: «...раз мне удалось сделать открытие. Мы жили в деревне, перед окном у нас был луг, весь золотой от множества цветущих одуванчиков... Все говорили: «Очень красиво. Луг золотой». Однажды я рано встал удить рыбу и заметил, что луг был не золотой, а зеленый. Когда же я возвращался около полудня домой, луг был опять весь золотой. Я стал наблюдать. К вечеру луг опять позеленел. Тогда я пошел, отыскал одуванчик, и оказалось, что он сжал свои лепестки, все равно как если бы у нас пальцы со стороны ладони были желтые и, сжав пальцы в кулак, мы закрыли бы желтое. Утром, когда солнце взошло, я увидел, как одуванчики раскрывают свои ладони, и от этого луг становится опять золотым. С тех пор одуванчик стал для нас одним из самых интересных цветов, потому что спать одуванчики ложились вместе с нами, детьми, и вместе с нами вставали».

Маленький Пришвин сделал открытие, которое раньше его сделали многие ученые, а еще раньше — простые земледельцы. Оказывается, цветки в течение суток способны открываться и закрываться.

В 1755 г. знаменитый шведский ботаник К. Линней устроил в ботаническом саду в Упсале цветочные часы, или часы флоры, в виде клумбы. На ней голубые соцветия цикория и розовые цветки шиповника раскрывались в 4—5 ч утра, соцветия одуванчика— в 5—6 ч. Несколько позднее, в 6—7 ч утра, раскрывались цветки картофеля, а еще позднее, в 9—10 ч, — соцветия ноготков, цветки красной смолевки, кислицы. Вечером цветки последовательно закрывались. На этикетках было указано, в какие часы открываются и закрываются цветки или соцветия каждого растения. В зависимости от широты места время, в которое открываются и закрываются цветки, меняется.

Есть в природе и звучащие «живые часы». Весной и летом можно легко определить время по пению птиц. Соловей просыпается в начале второго часа ночи. В 2—3 ч утра начинает петь полевой жаворонок. В 5 ч просыпается зяблик. А вот воробей, живущий рядом с человеком, просыпается поздно — в 6 ч. Самый верный утренний будильник — петух, причем не только весной и летом, а в любое время года.

Выходит, что растения и животные «знают» время? Да, только измеряют его особые часы — биологические. Биологическими часами обладают все организмы — растения, насекомые, птицы, рыбы, млекопитающие, в том числе и человек.

Человек настолько привык пользоваться искусственными часами, что очень редко прибегает к естественным «головным» часам. Однако многие люди обладают очень точным чувством времени. Великий физиолог И. П. Павлов говорил: «Как мы отличаем время? Мы делаем это при помощи разных циклических явлений, захода и восхода солнца, движения стрелок по циферблату и т. д. Но ведь у нас в теле этих циклических явлений тоже немало. Головной мозг за день получает раздражения, утомляется, а затем восстанавливается. Пищеварительный канал то периодически занят пищей, то освобождается от нее. И так как каждое состояние органа может отражаться на больших полушариях (мозга), то вот и основание, чтобы отличать один момент времени от другого».

В наше время эти слова ученого получили полное подтверждение. Доказано, что у позвоночных животных и человека центр, управляющий биологическими часами всех тканей и органов тела, находится в центральной нервной системе — в мозгу. Мозг связан . с особыми органами — железами внутренней секреции. Они выделяют активные вещества — гормоны. С помощью гормонов нервная система управляет суточным ритмом всех процессов, идущих в теле человека и животных. Так, например, свет, воспринимаемый глазом, возбуждает симпатическую нервную систему, а она заставляет надпочечники выделять в кровь гормон адреналин. Темнота возбуждает парасимпатическую нервную систему, под действием которой гипофиз повышает выработку меланофорного гормона. Соотношение концентраций этих двух гормонов определяет периодичность работы всех органов тела животных и человека — мозга, сердца, легких, желудка, печени, почек и др. Периодичность работы этих органов связана с периодичностью процессов работы и отдыха, ускорения и замедления питания составляющих их клеток.

В сложном организме человека свыше 40 периодически повторяющихся процессов. Это усиление и ослабление работоспособности различных органов (мозга, сердца, почек, легких, желудка, кишечника, печени), понижение и повышение в составе крови и лимфы концентрации различных веществ и т. п. У животных и людей внутренние периодические движения совершаются с несравненно большей частотой, чем у растений. Например, сердце человека сокращается более чем 60 раз в минуту, а у маленькой синички-московки — до 1200 раз в минуту.

У растений свет и темноту воспринимает каждая клетка. Особый пигмент — фитохром заряжается положительно под действием изменений спектрального состава света при восходе солнца и теряет положительный заряд под действием изменений све-

тового спектра при закате солнца. Передача возбуждения от пигмента к плазме клеток происходит при участии того же вещества (ацетилхолина), которое служит переносчиком возбуждения в нервной системе животных. С помощью фитохрома клетки растений могут как бы отсчитывать «светлое» и «темное» время.

Установлено, что у растений есть 13 физиолого-биохимических процессов, протекающих в их организме с определенным ритмом, т. е. с размеренным чередованием усиления и ослабления. Например, открывание и закрывание цветков, замыкание и размыкание устьиц, усиление и ослабление фотосинтеза, транспирации, дыхания и т. п. В Индии есть растение десмодиум, которое постоянно через каждые 1,5—2,5 мин то поднимает, то опускает свои прилистники. Эти движения — следствие постоянной пульсации плазмы в клетках растения.

Цветочные часы: вверху слева направо — цикорий, шиповник, мак, одуванчик, картофель; внизу — лен, белая кувшинка, красная смолевка, ноготки, кислица (на стрелках указано время открывания и закрывания цветков).

Чередование (смена) периодов усиления и ослабления того или иного физиологического процесса невозможно без способности измерять время. Эта способность живых организмов, зависящая от наследственных особенностей и от внешних условий (нормальное питание, дыхание, смена дня и ночи, времен года), и называется биологическими часами.

Обычные часы заводятся при помощи пружины, а биологические — с помощью энергии, образующейся при питании и связанном с ним дыхании. Если растение поместить в постоянную темноту, то в течение нескольких суток его листья сохраняют свойственную им периодичность движений. Однако вскоре она утрачивается, так как без света нарушается питание клеток, тканей и органов растения. Учение о периодических изменениях в ходе физиологических процессов у растений, животных и человека называется биоритмологией, т. е. учением о жизненных ритмах.

В течение многих миллионов лет животные, растения и человек приспособились к суточной смене условий (дня и ночи) и к годичной смене условий (времен года). Они приобрели биологические часы и биологический календарь, свой особый ритм жизни, т. е. размеренное чередование периодов активности и отдыха, соответствующее периодическим явлениям во внешней среде.

У всех организмов в процессе эволюции сложились суточные и сезонные (годичные) ритмы жизни. Суточные ритмы проявляются в смене сна и бодрствования у животных, в открывании и закрывании цветков у растений, в суточном ритме самых разнообразных процессов у тех и других. Годичные ритмы у однолетних растений проявляются в ежегодном повторении всего жизненного цикла (см. ст. «Рост и развитие растений»), а у многолетних растений — в ежегодном цикле жизни побегов (весеннее распускание почек, цветение, плодоношение, осенний листопад). У животных также имеются годичные циклы, например у перелетных птиц весеннее возвращение на место гнездования, выведение птенцов, осенний отлет в другие края и т. п.

Изучение биологических ритмов имеет большое теоретическое и практическое значение. Знать ритмы жизни домашних животных необходимо для того, чтобы правильно ухаживать за ними: правильно кормить, чередовать периоды активности и отдыха. От этого зависит продуктивность домашних животных, например яйценоскость у кур. Знать ритмы жизни у диких животных полезно охотникам и рыболовам для успешной охоты и рыбной ловли. Специалистам по борьбе с вредными насекомыми, грызунами, хищниками надо точно знать биологический календарь, т. е. сезонные изменения активности тех или иных животных, и их биологические часы, т. е. суточные колебания физиологических процессов.

Очень важно знать биологические ритмы жизни растений. Можно заставить южные растения цвести на севере, давая им укороченный день и удлиненную ночь, т. е. условия, к которым они приспособились у себя на родине. Напротив, растения севера можно заставить цвести на юге, давая им дополнительное освещение и укорачивая период темноты. Чтобы успешно бороться с сорняками с помощью гербицидов, надо знать время максимальной чувствительности тех или иных сорняков к гербицидам и время минимальной чувствительности к ним культурных растений.

Очень важное значение имеют данные биоритмо-логии для человека. Так, лечение многих болезней состоит в налаживании нормального ритма работы сердца, легких, желудка, кишечника и в особенности центральной нервной системы.

перейти к началу страницы